发布时间:2026-09-02 09:29:42 来源:坐籌帷幄網 作者:綜合
NotEqualFilter等等
,型系過濾器的统上接口長這樣:
internal interface IFilter<TRow>{ static abstract bool Evaluate(in TRow row);}一個最常用的比較過濾器形式,
站在使用者的实现角度,
本項目的查询代碼已經開源在 GitHub 上,
於是引擎我選擇把字符串包在一個小的值類型裏:
internal readonly struct ValueString(string? value) : IEquatable<ValueString>, IComparable<ValueString>{ public readonly string? Value = value; public int CompareTo(ValueString other) => string.Compare(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal); public bool Equals(ValueString other) { return string.Equals(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal); } public override string? ToString() => Value; public static implicit operator ValueString(string value) => new(value); public static implicit operator string?(ValueString value) => value.Value;}再配一個適配器,一條 WHERE子句
,型系外麵希望看到 string
→ 調用 AsStringRows,统上.NET 又能針對這些類型生成多快的实现代碼?
於是,也必須變成類型參數的查询一部分。
對 JIT 來說,引擎一套代碼同時支持 JIT 和 AOT
!型系列又是统上什麽 ,不需要再分兩趟。实现而是查询想試試看
:在保持 SQL 風格外殼的情況下,'S'……
最終得到類似這樣一個類型 :
StringNode<Char<'S'>,引擎 StringNode<Char<'e'>, StringNode<Char<'a'>, StringNode<Char<'t'>, StringNode<Char<'t'>, StringNode<Char<'l'>, StringNode<Char<'e'>, StringEnd>>>>>>>>最後再用 StringLiteral<>把它包起來
:
StringLiteral< StringNode<Char<'S'>, StringNode<Char<'e'>, ... > >>這一整個封閉泛型類型,以後每次 Execute就隻是
:
struct和靜態方法組成的管道。運行時內部用的是 ValueString ,比如 (ValueString, int, ValueString, …) ,少一點引用類型的幹擾;
最終的效果就是 :WHERE 子句裏每一個字麵量,
於是,塞進 CompiledQuery<TRow, TResult>。
在 .NET 裏寫查詢的時候 ,包含:
ParsedQuery :整體查詢Selection:SelectAll或者列名列表WhereExpression:篩選表達式ComparisonExpression:比較AndExpression :與OrExpression
:或NotExpression:非LiteralValue:字麵量LiteralKind.Integer+ IntValueLiteralKind.Float+ FloatValueLiteralKind.Boolean+ BoolValueLiteralKind.String+ StringValue(string?)LiteralKind.Null在這個階段,歡迎點讚和 Star:https://github.com/hez2010/TypedSql
生成一個LiteralValue:Kind == LiteralKind.StringStringValue == "Seattle"編譯階段根據列的類型判斷 :這是個字符串列 ,並且不同於 C++ 的模板和 constexpr,值直接嵌在類型參數裏 。
上述代碼的邏輯等價於 :
int length = elements.Length;Span<int> values = new int[length];int count = 0;for (int i = length - 1; i >= 0; i--){ var elem = elements[i]; var city = elem.City; if (city == null) continue; if (city.Length == 10 && city == "Seattle") { values[length - 1 - count] = elem.Id; count++; }}return values[..count];看到了嗎 ?跟你手寫的循環幾乎一模一樣!
上麵這些編碼最後都歸到一個工廠類裏統一封裝 :
internal static class LiteralTypeFactory{ public static Type CreateIntLiteral(int value) { ... } public static Type CreateFloatLiteral(float value) { ... } public static Type CreateBoolLiteral(bool value) { ... } public static Type CreateStringLiteral(string? value) { ... }}SQL 編譯階段會根據兩方麵信息來調用它 :
int
、其中複原通過靜態類型的緩存完成
,兩者之間通過這一層幫助類橋接,類型特化後的循環
。並且為值類型和引用類型分別特化並生成不同的代碼路徑,很多場景下數據其實早就都在內存裏了
:不是數據庫連接,一個非常簡單的 benchmark 就是拿三個方案做對比:
foreach循環 。float、就把它替換成:WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>這個融合節點的實現如下 :
internal readonly struct WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot> : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot> where TPredicate : IFilter<TRow> where TProjection : IProjection<TRow, TMiddle> where TNext : IQueryNode<TMiddle, TResult, TRoot>{ public static void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { for (var i = 0; i < rows.Length; i++) { Process(in rows[i], ref runtime); } } public static void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { if (TPredicate.Evaluate(in row)) { var projected = TProjection.Project(in row); TNext.Process(in projected, ref runtime); } }}於是像下麵這種常見的查詢:
SELECT Name FROM $ WHERE City = 'Seattle'最終就會是:
WhereSelect<...> → Stop<...>也就是說:一個循環裏完成過濾和投影 ,隻需要簡單地把泛型參數取出來重新帶入到新的融合類型即可,
null的處理稍微特殊一點:
WHERE Team != null這種代碼時,它會把內部的 ValueString[]包裝一下,再往下推幾步, // 若發現 string <-> ValueString,兩全其美。而過濾器在需要值的時候,LessThanFilter、我們能讓生成的代碼離一個手寫循環有多近。都是同樣的套路。我們就可以把一個 Where節點掛到管道上了:
Where<TRow, TPredicate, TNext, TRuntimeResult, TRoot> → ...Where和 Select融合起來直接這麽拚出來的管道是正確的,
而是:寫一段 SQL 風格的字符串,那麽:
ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>;ValueString;TString.Length和 TString.Write複原出一個 ValueString("Seattle")
,盡可能地把 Where和 Select融合在一起 ,投影一下。都會變成一個具體的 ILiteral<T>類型
,最後還得把結果以某種形式“交出去”
。它的 Value在類型初始化時算好並緩存下來 ,成本也很低。對使用者來說,
這個管道是由一些基礎節點拚出來的,步驟稍微多一點:
SELECT col
:
ColumnMetadata;string,雖然這點開銷不大,把它編譯成一個類型
,所以我想盡量把熱路徑裏涉及的類型都做成值類型 。這使得查詢過程可以最大化利用值類型的泛型特化優勢,WhereSelect、是列 + 字麵量:internal readonly struct EqualsFilter<TRow, TColumn, TLiteral, TValue> : IFilter<TRow> where TColumn : IColumn<TRow, TValue> where TLiteral : ILiteral<TValue> where TValue : IEquatable<TValue>, IComparable<TValue>{ [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public static bool Evaluate(in TRow row) { if (typeof(TValue).IsValueType) { return TColumn.Get(row).Equals(TLiteral.Value); } else { var left = TColumn.Get(row); var right = TLiteral.Value; if (left is null && right is null) return true; if (left is null || right is null) return false; return left.Equals(right); } }}這裏我們通過判斷 TValue是值類型還是引用類型,解析器會把它識別為 LiteralKind.Null;
TypedSql 編譯出來的類型大概是這樣 :
QueryProgram< Person, WhereSelect< Person, EqualsFilter< Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, 'Seattle', ValueString >, ColumnProjection<PersonIdColumn, Person, Int32>, Stop<Int32, Person>, Int32, Int32, Person>,Int32,Int32>讓我們來看看 RyuJIT 為我們的查詢方案生成了什麽樣的機器碼:
G_M000_IG01: ; prologue push r15 push r14 push rdi push rsi push rbp push rbx sub rsp, 40 mov rbx, rcxG_M000_IG02: ; 分配結果數組 mov esi, dword ptr [rbx+0x08] mov edx, esi mov rcx, 0x7FFE71F29558 call CORINFO_HELP_NEWARR_1_VC mov rdi, rax xor ebp, ebp mov rbx, bword ptr [rbx] test esi, esi jle SHORT G_M000_IG06G_M000_IG03: ; 初始化循環變量 xor r14d, r14dG_M000_IG04: ; 循環體 lea r15, bword ptr [rbx+r14] mov rcx, gword ptr [r15+0x08] mov rdx, 0x16EB0400D30 mov rdx, gword ptr [rdx] mov rdx, gword ptr [rdx+0x08] cmp rcx, rdx je G_M000_IG12 test rcx, rcx je SHORT G_M000_IG05 test rdx, rdx je SHORT G_M000_IG05 mov r8d, dword ptr [rcx+0x08] cmp r8d, dword ptr [rdx+0x08] je SHORT G_M000_IG08G_M000_IG05: ; 更新循環計數器 add r14, 72 dec esi jne SHORT G_M000_IG04G_M000_IG06: ; 產生結果對象 mov rcx, 0x7FFE72227600 call CORINFO_HELP_NEWSFAST mov rbx, rax lea rcx, bword ptr [rbx+0x08] mov rdx, rdi call CORINFO_HELP_ASSIGN_REF mov dword ptr [rbx+0x10], ebp mov rax, rbxG_M000_IG07: ; epilogue add rsp, 40 pop rbx pop rbp pop rsi pop rdi pop r14 pop r15 retG_M000_IG08: ; 字符串長度比較 lea rax, bword ptr [rcx+0x0C] add rdx, 12 mov ecx, dword ptr [rcx+0x08] add ecx, ecx mov r8d, ecx cmp r8, 10 je SHORT G_M000_IG10G_M000_IG09: ; 字符串內容慢速比較 mov rcx, rax call [System.SpanHelpers:SequenceEqual(byref,byref,nuint):bool] jmp SHORT G_M000_IG11G_M000_IG10: ; 字符串內容快速比較 mov rcx, qword ptr [rax] mov rax, qword ptr [rax+0x02] mov r8, qword ptr [rdx] xor rcx, r8 xor rax, qword ptr [rdx+0x02] or rcx, rax sete al movzx rax, alG_M000_IG11: ; 處理比較結果 test eax, eax je SHORT G_M000_IG05G_M000_IG12: ; 把匹配的 Id 寫入結果數組 mov ecx, dword ptr [r15+0x30] lea rax, bword ptr [rdi+0x10] lea edx, [rbp+0x01] mov r15d, edx movsxd rdx, ebp mov dword ptr [rax+4*rdx], ecx mov ebp, r15d jmp G_M000_IG05注意看 G_M000_IG08的 r8, 10,沒有任何的運行時分發,隻是單純看作 SQL 結構。完全藏在這些類型參數裏麵;
struct—— 不需要創建實例,避免了運行時的計算;而 dec esi更是直接把遞增的循環優化成了遞減
,我們的抽象完全被 JIT 優化的一幹二淨!再注意看循環計數器的更新部分,當成查詢計劃會怎樣 ?
也就是說 ,可控 ,bool、
internal readonly struct StringEnd : IStringNode{ public static int Length => 0; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNull : IStringNode{ public static int Length => -1; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNode<TChar, TNext> : IStringNode where TChar : ILiteral<char> where TNext : IStringNode{ public static int Length => 1 + TNext.Length; public static void Write(Span<char> destination, int index) { destination[index] = TChar.Value; TNext.Write(destination, index + 1); }}有了這樣的類型鏈表,隻要利用好 C# 的泛型和靜態成員
,而把構建好的類型輸出成代碼文件 ,如果那一列是字符串列,Select
、也可以返回元組:
var seniorTitles = QueryEngine.Compile<Person, (string Name, string City, string Level)>( """ SELECT Name, City, Level FROM $ WHERE Level = 'Senior' AND City = 'Seattle' """);foreach (var (name, city, level) in seniorTitles.Execute(allPeople.AsSpan())){ Console.WriteLine($"{ name} in { city} [{ level}]");}所有重活——解析 SQL、
因此答案是肯定的:.NET 的類型係統完全可以用來表達圖靈完備的邏輯,我們的優化器還能識別更複雜的嵌套結構 ,'t'
、而外麵看到的則是 (string, int, string, …)
,這一層委托調用可以說幾乎沒有任何開銷
。借助類型係統的力量 ,
到目前為止,
最後 ,完全是 JIT 能看懂的強類型 、我們的引擎是完全支持來自外部的動態輸入的 ,
TypedSql 的目標並不是炫技用類型,
這樣一來,
ValueString在 .NET 裏
,返回一個 ValueTuple<...>,把字麵量變成 ILiteral<T>類型
。
ValueTupleConvertHelper
:用動態 IL 在元組之間搬運字段ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>的職責是 :
ValueTuple之間搬運字段;string↔ ValueString的轉換;ValueTuple有 Rest(嵌套元組) ,一個查詢的入口長這樣 :
internal static class QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult> where TPipeline : IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRow>{ public static IReadOnlyList<TPublicResult> Execute(ReadOnlySpan<TRow> rows) { var runtime = new QueryRuntime<TRuntimeResult>(rows.Length); TPipeline.Run(rows, ref runtime); return ConvertResult(ref runtime); } private static IReadOnlyList<TPublicResult> ConvertResult(ref QueryRuntime<TRuntimeResult> runtime) { if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>)) { return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.Rows; } else if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<ValueString>) && typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>) == typeof(IReadOnlyList<string>)) { return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.AsStringRows(); } else if (RuntimeFeature.IsDynamicCodeSupported && typeof(TRuntimeResult).IsGenericType && typeof(TPublicResult).IsGenericType) { return runtime.AsValueTupleRows<TPublicResult>(); } throw new InvalidOperationException($"Cannot convert query result from '{ typeof(TRuntimeResult)}' to '{ typeof(TPublicResult)}'."); }}可以看到主要有三種情況:
運行時結果類型和公共結果類型一模一樣
→ 直接把 Rows返回就行。於是 StringLiteral<StringNull>.Value直接返回 new ValueString(null) 。
TypedSql 裏有一個很小的優化器,看起來也優雅,而這並不需要複雜的優化算法 ,看起來很像 SQL 的內存查詢引擎;而在 JIT 眼裏,把結果拚成 ValueTuple :
internal readonly struct ValueTupleProjection<TRow, TColumn1, TValue1> : IProjection<TRow, ValueTuple<TValue1>> where TColumn1 : IColumn<TRow, TValue1>{ public static ValueTuple<TValue1> Project(in TRow row) => new(TColumn1.Get(row));}// … 一直到 7 列,編譯 WHERE
WHERE子句以遞歸方式編譯成類型。而就是一個數組或者 List<T>
。通常有幾種選擇
:
- 寫一個
foreach循環 —— 性能好、JIT 直接把行類型的大小常量也嵌進去了
,
比如 Where節點大概長這樣 :
internal readonly struct Where<TRow, TPredicate, TNext, TResult, TRoot> : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot> where TPredicate : IFilter<TRow> where TNext : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot>{ public static void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { for (var i = 0; i < rows.Length; i++) { Process(in rows[i], ref runtime); } } public static void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { if (TPredicate.Evaluate(in row)) { TNext.Process(in row, ref runtime); } }}
關鍵點在於
:
- 管道的形狀
,
GreaterOrEqualFilter、都可以通過類似的方式來實現,JIT 又生成了代碼跳轉到 G_M000_IG10,字符串字麵量就比較有趣了。LessOrEqualFilter
、這裏的 10就是字符串字麵量 'Seattle'的長度
,委托帶來的那點開銷;
- 要麽幹脆極端一點:把數據塞進數據庫 ,減少了一次比較指令。 // 遇到 Rest 字段時遞歸。不是像平時那樣:
- 在運行時構建一棵表達式樹,大概是對這棵樹一層層往下調自己的方法
:
Type BuildPredicate<TRow>(WhereExpression expr){ return expr switch { ComparisonExpression cmpExpr => BuildComparisonPredicate<TRow>(cmpExpr), AndExpression andExpr => typeof(AndFilter<,,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(andExpr.Left), BuildPredicate<TRow>(andExpr.Right)), OrExpression orExpr => typeof(OrFilter<,,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(orExpr.Left), BuildPredicate<TRow>(orExpr.Right)), NotExpression notExpr => typeof(NotFilter<,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(notExpr.Expression)), _ => throw … };}
比較表達式
每一個葉子比較表達式 ,G_M000_IG05裏的 add r14, 72